[发明专利]一种基于边界元方法的全三维裂缝相交过程模拟方法

说明书

本发明涉及裂缝模拟技术领域，具体地说，涉及一种基于边界元方法的全三维裂缝相交过程模拟方法，其包括以下步骤：(1)时间步与注入压力初始化；(2)、裂缝开度计算；(3)、质量守恒检查；(4)、判断是否满足裂缝扩展条件；(5)、裂缝扩展计算；(6)、自适应调整天然裂缝网格；(7)、自适应调整人工裂缝网格；(8)、进入下一个时间步的计算。本发明可实现人工裂缝与天然裂缝相交过程中，人工与天然裂缝内网格的动态、自适应调整，进而为利用边界元方法进行三维裂缝相交模拟提供重要的技术支撑，推动全三维裂缝扩展模拟的进一步发展。

技术领域

本发明涉及裂缝模拟技术领域，具体地说，涉及一种基于边界元方法的全三维裂缝相交过程模拟方法。

背景技术

利用边界元方法进行裂缝扩展模拟具有待求解未知数少、计算精度高等优点，适用于模拟大型水力压裂过程。但是目前基于边界元方法的全三维裂缝扩展模型尚未考虑裂缝相交的情形，导致对水力压裂缝网真实形态的刻画不足，影响了压裂施工方案的制定与优化。网格问题是阻碍全三维压裂缝网模型发展的一个主要原因。三维裂缝平面相交时，网格处理非常复杂，尤其是当裂缝动态相交时，需要实时对网格进行调整和更新，既要保证网格质量又要避免过度的网格加密带来的计算负担。现有处理裂缝相交网格的技术均是针对裂缝面固定的情形，无法处理裂缝扩展过程中裂缝形态的动态变化。同时，三维裂缝面相交过程还需对人工裂缝扩展网格进行特殊处理，以实现对相交过程的完整刻画。

发明内容

本发明的内容是提供一种基于边界元方法的全三维裂缝相交过程模拟方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。

根据本发明的一种基于边界元方法的全三维裂缝相交过程模拟方法，其包括以下步骤：

(1)时间步与注入压力初始化；

将上个时间步n的时间步长Δtⁿ和注入点压力作为当前时间步n+1的初始猜测，下标inj表示注入；

(2)、裂缝开度计算；

使所有裂缝单元压力均与注入点压力相等，采用边界元算法计算当前时间步长及注入点压力下裂缝开度下标i为裂缝单元编号，k为更新注入点压力的的迭代步编号，j为更新时间步长的迭代步编号；

(3)、质量守恒检查；

检查当前压力迭代步对应注入压力下，当前时间步长内注液总量与裂缝体积总变化量是否相等，若相等则进入下一步，否则采用二分法对注入点压力进行更新，并返回步骤(2)；

(4)、判断是否满足裂缝扩展条件；

计算当前时间步长下，人工裂缝尖端的最大等效应力集中因子与天然裂缝尖端单元的最大F值下标HF与NF分别代表人工裂缝与天然裂缝；检查注入当前时间步长流体后，人工裂缝或天然裂缝是否能发生拟稳态扩展，若不能，则采用二分法对时间步长进行更新，并返回步骤(2)，直到人工裂缝或天然裂缝满足拟稳态扩展条件，则进入下一步；

(5)、裂缝扩展计算；

判断裂缝是否扩展及计算裂缝扩展长度；

(6)、自适应调整天然裂缝网格；

采用逐次节点捕获技术对于人工裂缝相交后的天然裂缝平面网格进行自适应调整与优化；

如果人工裂缝相邻前沿网格点均恰落在天然裂缝平面的边界位置；

初始时刻，天然裂缝网格并未沿着交线分布；

天然裂缝网格点的调整分为两类：a.移动网格点与交线端点重合；b.调整网格点使之落在交线内部，对于上述两类情形，天然裂缝网格调整均需经历以下3个步骤：

a.1、找到网格平面内的捕获点；